MRI基本原理最新版本課件

1、磁共振成像的物質(zhì)基礎(chǔ)一、原子的結(jié)構(gòu)原子是由原子核和位于其周圍軌道中的電子構(gòu)成，電子帶有負(fù)電荷，原子核由中子和質(zhì)子構(gòu)成，中子不帶電荷，質(zhì)子帶有正電荷。二、自旋和核磁的概念任何磁性原子核都具有以一定頻率繞自身軸進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)的特性，該特性稱為自旋。由于原子核帶有正電荷，磁性原子核的自旋就形成電流環(huán)路，產(chǎn)生具有一定大小和方向的磁化矢量。我們把這種由帶正電荷原子核自旋產(chǎn)生的磁場稱為核磁。三、磁性和非磁性原子核并非所有原子核都有自旋，如果原子核內(nèi)的質(zhì)子和中子數(shù)均為偶數(shù)，則該種原子核無自旋和核磁，被稱之為非磁性原子核。反之，有自旋和核磁的原子核稱為磁性原子核。磁性原子核需要符合以下條件：（1）中子和質(zhì)子均為

2、奇數(shù)；（2）中子為奇數(shù)，質(zhì)子為偶數(shù)；（3）中子為偶數(shù)，質(zhì)子為奇數(shù)。四、用于人體磁共振成像的原子四、用于人體磁共振成像的原子通常所指的通常所指的MRIMRI為為氫質(zhì)子的氫質(zhì)子的MRMR圖像圖像。原因有：原因有：1 1、1 1H H的磁化率很高；的磁化率很高； 2 2、1 1H H占人體原子的絕大多數(shù)。占人體原子的絕大多數(shù)。這是這是MRIMRI顯示解剖結(jié)構(gòu)和病變的基礎(chǔ)。顯示解剖結(jié)構(gòu)和病變的基礎(chǔ)。五、人體組織MRI信號的主要來源需要指出：并非所有質(zhì)子都產(chǎn)生MRI信號，常規(guī)MRI信號主要來源于水分子的質(zhì)子（簡稱水質(zhì)子），部分組織的信號也可來源于脂肪中的質(zhì)子（簡稱脂質(zhì)子）。人體內(nèi)的水分子可以分為自由水和

3、結(jié)合水兩種。前者指蛋白質(zhì)大分子周圍水化層中的水分子，這些水分子黏附于蛋白質(zhì)大分子的部分基團(tuán)上，與蛋白質(zhì)大分子不同程度的結(jié)合在一起，其運動受限。后者是指未與蛋白質(zhì)結(jié)合，能自由活動的水分子。進(jìn)入主磁場前后人體內(nèi)質(zhì)子核磁狀態(tài)的改變一、進(jìn)入主磁場前人體內(nèi)質(zhì)子的核磁狀態(tài) 人體所含質(zhì)子不計其數(shù)，每個質(zhì)子自旋均能產(chǎn)生一個小磁場，由于這種小磁場的排列處于雜亂無章的狀態(tài)，使每個質(zhì)子產(chǎn)生的磁化矢量相互抵消，因此人體在自然狀態(tài)下并無磁性，即沒有宏觀磁化矢量的產(chǎn)生。二、進(jìn)入主磁場后人體內(nèi)質(zhì)子的核磁狀態(tài) 當(dāng)人體位于主磁場中時，體內(nèi)質(zhì)子產(chǎn)生的小磁場呈有規(guī)律排列，主要有兩種排列方式：一是與主磁場方向平行，另一種是與主磁場方

4、向相反。從量子物理學(xué)的角度而言，二者代表質(zhì)子的能量差別。與主磁場平行同向的質(zhì)子處于低能級，其磁化矢量方向與主磁場一致；平行反向的質(zhì)子處于高能級，其磁化矢量與主磁場相反。由于低能級質(zhì)子略多，使人體產(chǎn)生一個與主磁場方向一致的宏觀縱向磁化矢量。把人體放進(jìn)大磁場接收線圈接收線圈但但接收線圈能檢測到接收線圈能檢測到旋轉(zhuǎn)的橫向磁化矢量。即此時主磁場旋轉(zhuǎn)的橫向磁化矢量。即此時主磁場內(nèi)氫質(zhì)子仍處于低能狀態(tài)。內(nèi)氫質(zhì)子仍處于低能狀態(tài)?？v向弛豫縱向弛豫 也稱為也稱為T1T1弛豫弛豫，是指，是指9090度脈沖關(guān)閉后，在主磁場度脈沖關(guān)閉后，在主磁場的作用下，的作用下，縱向磁化矢量開始恢復(fù)，直至恢復(fù)到縱向磁化矢量開始恢復(fù)

5、，直至恢復(fù)到平衡狀態(tài)的過程，縱向磁化矢量恢復(fù)到原能量平衡狀態(tài)的過程，縱向磁化矢量恢復(fù)到原能量2/32/3時所需時間即時所需時間即T1T1弛豫時間弛豫時間。在縱向弛豫過程。在縱向弛豫過程中高能態(tài)的質(zhì)子將其能量擴(kuò)散到周圍環(huán)境，所以中高能態(tài)的質(zhì)子將其能量擴(kuò)散到周圍環(huán)境，所以又稱為又稱為自旋晶格弛豫。自旋晶格弛豫。9090180180回波回波回波回波90180TETETRTR 如何區(qū)分如何區(qū)分T1WIT1WI、T2WIT2WI如何區(qū)分如何區(qū)分T1WIT1WI、T2WIT2WI 腦功能成像腦功能成像 MRIMRI電影電影 MRMR頻譜分析頻譜分析 介入性介入性MRIMRI。MRI擴(kuò)散（彌散）成像 擴(kuò)散加

6、權(quán)像上擴(kuò)散值高的區(qū)域表現(xiàn)為低信號，而擴(kuò)散值低的區(qū)域表現(xiàn)為高信號。超早期腦缺血區(qū)域細(xì)胞毒性水腫，水分子擴(kuò)散下降約50%，表現(xiàn)為高信號。 擴(kuò)散加權(quán)成像能夠在缺血發(fā)作后2小時即顯示缺血病灶。 擴(kuò)散加權(quán)成像的臨床應(yīng)用 DWI在臨床上主要用于超急性期腦梗死的診斷和鑒別診斷。在DWI上，超急性和急性梗死腦組織表現(xiàn)為高信號，其顯示梗死區(qū)明顯早于常規(guī)T1和T2加權(quán)像。 由于其他腦組織病變（如多發(fā)硬化的活動病灶、部分腫瘤、血腫、膿腫等）也可表現(xiàn)為DWI高信號，需要注意進(jìn)行鑒別診斷。 此外，DWI也可能用于其他臟器和組織（如肝臟、腎臟、乳腺、脊髓、骨髓等），提供病變的診斷和鑒別診斷信息，但此方面的經(jīng)驗還不多，有待

7、于進(jìn)一步研究。 動態(tài)對比增強(qiáng)磁共振腦血流灌注成像（dynamic contrast-enhanced MR perfusion -weighted imaging ,簡稱PWI） 急性腦缺血發(fā)作早期，局部腦血流灌注有下降，PWI所顯示的腦組織內(nèi)血流灌注明顯異常區(qū)域面積常大于DWI上的異常高信號區(qū)域。 DWI上的異常高信號區(qū)域多位于病灶中心，最終發(fā)展為梗塞灶，而擴(kuò)大的部分既可以演變?yōu)楣Ｈ畹囊徊糠郑部梢灾饾u縮小而且信號回復(fù)正常。利用人體內(nèi)的水作為天然對比劑清晰顯示含水器官的解剖和病變。水成像技術(shù)的臨床應(yīng)用 MRCP是目前臨床上最常用的水成像技術(shù)，主要適應(yīng)證包括膽道結(jié)石、膽道腫瘤、膽道炎癥、胰腺

8、腫瘤、慢性胰腺炎、膽胰管變異或畸形等。 MRU主要適應(yīng)證有：尿路結(jié)石、腎盂腎盞腫瘤、輸尿管腫瘤、膀胱腫瘤、其它原因的尿路梗阻、泌尿系變異或畸形等。 MR脊髓成像主要適應(yīng)證包括：椎管內(nèi)腫瘤、椎管畸形、脊神經(jīng)鞘袖病變、脊柱退行性病變、脊柱外傷等。 MR涎腺管造影多用于腮腺導(dǎo)管病變的檢查。 MR內(nèi)耳水成像借助于耳蝸及半規(guī)管內(nèi)的淋巴液作為天然對比劑成像，主要用于膜迷路病變的檢查。腦功能磁共振成像腦功能磁共振成像 腦功能磁共振成像是以血氧水平相關(guān)（腦功能磁共振成像是以血氧水平相關(guān)（Blood Blood Oxygenation Level DependentOxygenation Level Depen

9、dent，即，即BOLDBOLD）效應(yīng)為基礎(chǔ)）效應(yīng)為基礎(chǔ)的。其原理是基于血紅蛋白在帶氧和不帶氧時的磁性的。其原理是基于血紅蛋白在帶氧和不帶氧時的磁性不同。當(dāng)血紅蛋白不攜帶氧時，它是順磁性的，其結(jié)不同。當(dāng)血紅蛋白不攜帶氧時，它是順磁性的，其結(jié)果是影響在血管附近的磁場的均勻性，因此降低磁共果是影響在血管附近的磁場的均勻性，因此降低磁共振信號；當(dāng)血紅蛋白攜帶氧時，它是非順磁性的，它振信號；當(dāng)血紅蛋白攜帶氧時，它是非順磁性的，它對磁場的影響很小。因此磁共振可以用來檢測血液中對磁場的影響很小。因此磁共振可以用來檢測血液中的含氧濃度。的含氧濃度。磁共振波譜分析（MRS） 磁共振技術(shù)主要有二大應(yīng)用： 磁共振

10、成像（MRI）研究人體組織器官大體形態(tài)的病生理改變。 磁共振波譜分析（MRS）研究人體能量代謝的病生理改變。 二者的物理學(xué)基礎(chǔ)都是磁共振現(xiàn)象。MRI對比劑 CT由于軟組織分辨力較低，常需要借助對比劑來顯示病變及其特性。盡管MRI的軟組織對比明顯高于CT，但有時仍需要使用對比劑。使用MRI對比劑的目的使用MRI對比劑的目的在于：（1）提高圖像的信噪比和對比噪聲比，有利于病灶的檢出；（2）通過病灶的不同增強(qiáng)方式和類型，幫助病灶定性；（3）提高M(jìn)R血管成像的質(zhì)量；（4）利用組織或細(xì)胞特異性對比劑獲得特異性信息，可提高病灶檢出率和定性診斷的準(zhǔn)確率。MRI對比劑的作用原理傳統(tǒng)X線造影檢查和CT增強(qiáng)掃描是

11、利用對比劑本身對X線的衰減作用來達(dá)到造影增強(qiáng)目的。而MRI對比劑則不同，其本身不產(chǎn)生信號，信號仍來源于質(zhì)子，對比劑通過影響質(zhì)子的弛豫時間，間接改變組織的信號強(qiáng)度。某些物質(zhì)進(jìn)入人體組織靠近共振質(zhì)子時，能有效改變質(zhì)子所處磁場環(huán)境，影響質(zhì)子的弛豫時間。能縮短質(zhì)子弛豫時間者為順磁性物質(zhì)，延長質(zhì)子弛豫時間者則為逆磁性物質(zhì)，利用這些物質(zhì)對質(zhì)子弛豫時間的不同影響，可選擇性增加或減低組織的信號強(qiáng)度，實現(xiàn)人為提高組織對比度的目的。MRI對比劑的分類按其對T1和T2弛豫的影響可將之分成T1加權(quán)和2加權(quán)對比劑；按其增強(qiáng)還是減弱信號強(qiáng)度可將之分為陽性和陰性對比劑；按其在體內(nèi)的生物學(xué)分布特點分為非特異性和特異性對比劑。

12、通常對比劑存在于細(xì)胞外間隙，主要經(jīng)腎臟排泄，故又稱腎性對比劑；有些對比劑選擇性分布于某些器官和組織，不經(jīng)腎臟或僅部分經(jīng)腎臟清除，稱非腎性對比劑。 根據(jù)不同磁特性，MRI對比劑還可分為順磁性、超順磁性、鐵磁性以及逆磁性4種對比劑。目前臨床常用的MRI對比劑是釓噴替酸葡甲胺（GDDTPA），為離子型非特異性細(xì)胞外液對比劑?？捎糜谌鞰R增強(qiáng)掃描。其常規(guī)劑量為每千克體重0.1mmol。最大允許劑量為每千克體重0.3mmol。GDDTPA的主要臨床應(yīng)用：（1）腦和脊髓病變（2）垂體腺瘤或微腺瘤檢查；（3）腦灌注加權(quán)成像，主要用于急性腦缺血或腫瘤等；（4）進(jìn)行腹部實質(zhì)性臟器的動態(tài)增強(qiáng)掃描；（5）心肌灌注

13、及活性檢查；（6）對比增強(qiáng)MRA 盡管盡管MRIMRI有很多優(yōu)點，在定位診有很多優(yōu)點，在定位診斷方面明顯優(yōu)于斷方面明顯優(yōu)于CTCT，在定性診斷，在定性診斷方面也能提供更多的信息，但是方面也能提供更多的信息，但是部分病變的部分病變的MRIMRI信號變化仍缺乏信號變化仍缺乏特異性，因而有些病變的定性診特異性，因而有些病變的定性診斷仍較困難。斷仍較困難。優(yōu) 點缺 點MRI安全性的注意事項一、致冷劑安全性超導(dǎo)MR成像儀一般應(yīng)用液氦和液氮作為制冷劑，當(dāng)發(fā)生失超或容器受到猛烈撞擊破裂時，可能發(fā)生液氮或液氦泄漏。通常泄漏的液氮或液氦會通過專用的管道排出，若發(fā)生意外進(jìn)入磁體室，則可能引起室內(nèi)人員的凍傷或窒息。

14、二、鐵磁性物質(zhì)的拋射鐵磁性物質(zhì)被高強(qiáng)主磁場吸引，可高速向磁體拋射，引起人員傷害或設(shè)備損壞。患者、家屬及醫(yī)務(wù)人員在進(jìn)入掃描室前，均應(yīng)將所有鐵磁性物質(zhì)去除。三、心臟起搏器主磁場和射頻脈沖會干擾心臟起搏器的工作，起搏器導(dǎo)線的誘發(fā)電流還可引起心律失常或組織燒傷，故安裝心臟起搏器者禁止進(jìn)入5高斯線范圍，更不能進(jìn)入MR掃描室或接受MRI檢查。四、監(jiān)護(hù)儀器和呼吸機(jī)普通監(jiān)護(hù)儀器和呼吸機(jī)受主磁場、梯度場及射頻脈沖的干擾，在磁體室內(nèi)無法正常工作，故被監(jiān)視的患者不能接受MRI檢查。但是近年來已經(jīng)有MR室專用監(jiān)護(hù)儀和呼吸機(jī)問世。五、體內(nèi)人工植入物如果植入物為鐵磁性物質(zhì)，就不能進(jìn)行MRI檢查；若植入物由非磁性不銹鋼或鈦

15、合金材料制成，則可以進(jìn)行MRI檢查。目前普遍采用的宮內(nèi)節(jié)育器一般都用非鐵磁性材料如塑料或銅合金制成，可進(jìn)行MRI檢查。但老式節(jié)育器可產(chǎn)生明顯的偽影，若進(jìn)行盆腔或骶尾部的檢查，必須先將節(jié)育器摘除。六、金屬異物體內(nèi)有金屬異物（特別是眼球內(nèi)鐵磁性異物）者不宜進(jìn)行MRI檢查，以免引起傷害。如果不明確有無體內(nèi)金屬異物，可先進(jìn)行X線攝影檢查加以確定。七、幽閉恐懼癥有部分患者在MRI室內(nèi)出現(xiàn)緊張、恐慌等精神反應(yīng)，甚至導(dǎo)致MRI檢查失敗。其中較為嚴(yán)重的反應(yīng)是幽閉恐懼癥，患者不能忍受狹小的空間，在MRI磁體內(nèi)出現(xiàn)壓抑、憋氣、恐懼等嚴(yán)重反應(yīng)。八、妊娠雖然MRI可用于胎兒檢查，但仍有人主張妊娠3個月以內(nèi)的孕婦不宜從事MRI工作或接受MRI檢查。此外，GDDTPA等多種MRI對比劑可通過胎盤屏障進(jìn)入胎兒體內(nèi)，目前也不主張對孕婦使用MRI對比劑。A A、裝有心臟起搏器的病人；、裝有心臟起搏器的病人；B B、有眼球金屬異物的病人；、有眼球金屬異物的病人；危險！危險！ 脊柱脊髓是脊柱脊髓是MR